有无车轮对低风阻车型气动特性的影响

针对有无车轮低风阻电动汽车模型进行数值计算,并通过对两种模型是气动力、表面压力、速度场等计算结果对比,评估了有无车轮对低风阻车型气动特性的影响。研究表明：车轮的存在使得整车气动阻力增大63.8%,其中各部件的贡献从大到小依次为前轮室、车身前部、背部、车底（负贡献）、后轮室;而升力增大一倍多,主要来源于车底的贡献;流场结果显示车轮对车身的气动作用体现在车轮带来的全局阻塞和局部尾迹两种效应的综合影响;后轮及后轮导流罩产生的尾迹会导致低阻车尾部涡环强度增强,回流区长度减小,背压降低。综合气动阻力、升力、压力分布和流场对比分析,明确了车轮的存在会给低风阻车型带来较大的气动特性变化。     

钝体冷态流场的PIV实验研究

运用PIV技术在风洞中分别对5种不同形式的钝体：标准钝体、三角形钝体、流线形钝体、带通道钝体及非流线形钝体在冷态工作环境、不同缝宽下,获取了钝体后的速度分布.对比了5种不同钝体在不同缝宽下回流区长度的变化,认为随开度增大,在回流区结构不遭到破坏的前提下,回流区长度加大.同等条件下,非流线形钝体有最大的回流区长度;通过对尾迹区域的平均湍流动能的分析,认为平均湍流动能的强度随缝开度加大开始减弱,湍流强度最大的区域逐渐后移,最终往回流区的上下边界发展.通过对钝体后的尾迹结构和流动特性进行分析,为热态实验奠定了基础.     

类后视镜钝体尾迹分析

后视镜是汽车前侧窗区域重要的气动噪声源,认识后视镜尾迹特征对研究后视镜气动噪声的产生机理有重要意义.搭建类后视镜钝体尾迹风洞试验平台,通过表面油流、热线风速仪和粒子成像测速仪(Particle Image Velocimetry,PIV)测量了类后视镜钝体的时均和瞬时尾迹.通过本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)识别后视镜尾迹中的大尺度相干结构.试验结果表明:受有限长度特征影响,后视镜尾迹与有限长柱体的尾迹特征类似,尾迹中存在交替涡脱落,尾迹涡脱落特征频率小于0.2.受端部下洗气流的影响,尾迹涡脱落特征频率在流向和展向分布不均.POD分析结果验证了交替涡脱落的存在,交替的涡脱落导致了尾迹回流区的流向和展向振荡现象.因此,后视镜尾迹与有限长柱体的尾迹类似,尾迹涡脱落主要受有限长特征的影响.     

开缝钝体火焰稳定器的冷态流场分析

利用RNGk-ε湍流模型对开缝钝体火焰稳定器的流场进行了数值模拟，模拟结果与阻力实验值相符，对尾迹结构的分析结果表明：如果选择合适的缝宽比(δ／D=18％)，开缝钝体可同时具有阻力低、火焰稳定性好的特点；而在缝宽比δ／D=10％和δ／D=25％两种情况下，由于主、次回流区和中缝流之间的干扰加剧，易形成尾迹振荡，增加总压损失。     

钝体结构倒U形梁气动特性试验和数值研究

为了探索有效的钝体结构气动特性三维数值分析方法,对钝体结构倒U形梁的气动特性进行了风洞试验和数值模拟研究.通过风洞试验得到与结构气动特性相关的气动力系数和颤振导数.利用二维或三维模型分别对结构的气动特性进行了数值模拟研究,并计算了相关的气动参数.计算过程中基于分块迭代耦合方法考虑流体-固体耦合效应,利用自编程序结合CFX软件实现不同物理场间的数据交换和传递,采用快速有效的网格移动控制算法处理移动边界问题.风洞试验测量和数值计算中均考虑了湍流效应,其中数值计算应用了k-ω剪切应力输运模型和分离涡模型.通过风洞试验测量与数值模拟研究可以发现,钝体结构倒U形梁的气动稳定性较差.对气动参数的计算结果表明,本文的三维数值计算方法可以有效地获取钝体结构的气动参数,在风工程领域具有重要应用价值.     

钝体尾迹流流动与燃烧特性研究

将正三角形钝体后尾迹流近似地分为回流区、射流主流区、尾流恢复区、充分发展区；用半理论半经验的分析方法对尾迹流动力方程进行了求解；讨论了尾迹流中高温烟气回流、煤粉浓度局部富集及低速高湍流度等流动特性对煤粉提前着火及火焰稳定等燃烧特性的影响。     

多孔介质钝体火焰稳定特性实验研究

提出采用多孔介质材料制作火焰稳定器,利用其通透和弥散性能改善钝体后燃空比,降低钝体引起的压力损失,提高火焰稳定性.通过实心钝体、10和40PPI(pores per inch)多孔介质钝体火焰稳定特性和冷态尾迹测量对比实验发现:多孔介质火焰稳定器可获得更宽的火焰稳定范围;相同燃料和空气伴流条件下,多孔介质钝体后火焰刚性更强,燃烧更充分;实心钝体回流区较靠近钝体,回流区强度较强;多孔介质钝体回流区向下游发展,回流区强度较弱,但空气燃料混合更好.因此多孔介质稳定器关键是要确定合适的孔径,使火焰更稳定燃烧.     

翼型阻力计算方法的数值模拟研究

翼型阻力是评定翼型气动特性的重要气动参数之一,翼型测压实验时主要用动量法测量阻力,也就是根据尾迹区某截面的动量损失来计算翼型阻力。本文首先用数值模拟方法获得翼型流场全部信息,然后分别用翼面压力、粘性力积分和尾迹动量损失积分两种方法获得阻力,并对它们的结果进行比较分析,以确定在使用尾迹积分法计算阻力系数时的最佳积分截面和尾迹排架的最佳安装位置。     

低雷诺数k-ε模型钝体绕流场预测能力研究

以1∶3缩比标准MIRA三厢车型为对象,基于合理的网格策略,应用AB、LS、AKN和CHC四种低雷诺数k-ε湍流模型,对其外部绕流场进行数值仿真.以风洞试验数据为准,通过比较气动阻力系数及车身表面压力系数,系统研究四种低雷诺数湍流模型针对处于车体不同部位存在不同运动特征流动的仿真特性,进而明确四种低雷诺数模型针对高雷诺数临地面钝体绕流预测能力的强弱.     

钝体燃烧器工业试验获得成功

最近,我院燃烧理论研究室在江西信丰发电厂进行了新型劣质煤钝体燃烧器的工业试验,获得成功.试验表明,采用这种燃烧器能较大幅度地节约煤炭和助燃油,为我国燃用劣质煤的电站锅炉节约能源提供了新技术.以前,江西信丰发电厂用当地劣质无烟煤时,长期存在着火困难、燃烧不稳定、热效率低、负荷低至百分之七十时必须投入助燃油等问题,而且在燃烧过程中灭火打炮的现象时有发生,运行人员的安全得不到可靠保障.这次试验是在该厂二号炉上(配1.2万千瓦汽轮发电机组,中压65吨/时,切向燃烧锅炉)分冷态与热态两步进行.首先,在冷态下对钝体尾迹的空气动力特性、气流衰减特性、钝体阻力特性与气流切圆情况等进行了实测.热态试验分为额定负荷工况、低负荷工况、各种一次风率和三次风率等近三十个工况进行.在试验中,测量了钝体表面温度、钝体尾迹及炉内的温度分布、飞灰及灰渣含碳量等,共取得约一千五百个试验数据,掌握了大量的第一手资料.试验充分证明,采用这种钝体燃烧器燃烧劣质煤,气流刚性良好,炉膛中央仍能形成较强烈的旋流,火焰也没有刷墙现象,而且煤粉着火明显提前,燃烧稳定,就是负荷降低     

类车体气动性能的大涡模拟

以MIRA车体气动性能的风洞试验数据为基础,对采用大涡模拟方法解算非定常特征显著且具有大分离流动结构的近地钝体外部绕流场所涉及的迭代步数、时间步长、网格方案等影响因素开展研究.采用对比分析方法对3种亚格子湍流模型的计算准确性进行研究.提出适用于三厢车型的大涡模拟数值仿真策略.     

D型体主被动结合流动控制研究

以简化准三维模型D型钝体为研究对象,通过数值仿真手段,利用零质量合成射流器理论进行了D型体主动流动控制和主被动结合的流体控制研究发现,在尾部分离点进行射流控制时,高频射流有助于钝体减阻,减阻效果可以达到1.78%。主被动结合的锯齿和射流加强了尾迹三维流动结构,破坏了准三维模型的展向流动结构,使得减阻效果较好。采用主被动结合控制的射流为低频和高频时减阻效果为20.86%和21.20%。     

柔性飘带长度对Ahmed模型气动阻力的影响

为降低汽车行驶过程中的气动阻力,以尾部倾角为25°的Ahmed类车体模型为研究对象,提出在其尾部垂直面下边缘添加不同长度柔性飘带的控制方法,采用格子玻尔兹曼方法与有限元分析相结合的流固耦合计算方法,探讨了柔性飘带长度对汽车气动阻力的影响。首先对汽车模型进行格子尺度优化,得到模型的空气阻力系数;然后研究了柔性飘带对汽车气动阻力的影响;最后对模型尾部流场、柔性飘带附近流场以及模型尾部表面压力系数进行了分析。仿真结果表明：在模型尾部添加适当长度的柔性飘带,改善了尾流结构,提升了尾部表面压力,减小了车体的压差阻力,减阻率最高为12.25%。     

车尾水平收缩气动减阻的规律及机理

以MIRA两厢车为对象,采用风洞实验和数值仿真方法,对气动阻力受车尾水平收缩的影响规律进行研究,表明车尾水平收缩提高尾部表面压力水平,有效降低气动阻力;基于可靠性被验证的数值仿真结果,对尾流结构变化规律进行研究,表明车尾水平收缩为尾部死水区提供额外动能,抑制拖曳涡对的形成和发展,减小尾迹区流动能量损失,降低气动阻力.     

串列方形钝体构筑物绕流的数值分析

采用二阶CBS有限元法对雷诺数Re=100时不同间距的串列方形钝体构筑物的绕流进行数值研究,分析了间距比s（构筑物中心距离与构筑物宽度d之比）对流场的影响,以及平均阻力系数、阻力系数均方根、升力系数均方根、斯特劳哈尔数和压力系数随间距比变化的情况. 结果表明：间距比对串列方形钝体构筑物的流场影响显著;当2个方形构筑物为串列情形时,可有效降低流体阻力;当临界间距比在4.50~4.75时,其各项力学性能指标将发生跳跃;由于上游构筑物尾流的影响,下游构筑物的升力系数均方根总大于上游构筑物而表现出更强的脉动性,且2个构筑物表面压力分布的差异显著.     

开缝钝体尾流水模显示实验研究

采用水模拟氢气泡流动显示的方法对开缝钝体近尾流结构进行了实验研究．结果表明，二维对称结构中产生的中缝偏斜射流对钝体两边脱体剪切层的相互干涉起到抑止作用，从而加长了回流区，降低了压力损失．该实验不仅证实了开缝钝体燃烧器优良的尾流特性，也为认识这种特性提供了直观依据     

车轮宽度对轿车风阻的影响

针对某三厢轿车,采用计算流体动力学(CFD)数值计算方法,研究车轮宽度对整车气动性能的影响.通过综合分析不同宽度孤立车轮周围的流场结构变化及具有不同宽度车轮的整车周围流场的结构特性,得到结论:车轮宽度每减小5%,单车轮模型气动阻力约减小9.2%,整车模型气动阻力约减小2%.这是因为减小车轮宽度可以减小车轮两侧的气流分离,缩小尾部涡流区域,降低车轮及汽车尾部湍流强度,从而有助于降低车轮及整车气动阻力.     

基于分离涡方法的标准CAARC模型流固耦合风致响应分析

为了研究流固耦合效应对高层建筑结构的风致响应影响,以标准CAARC高层建筑模型为研究对象,基于CAARC模型的物理特性建立了气弹性模型,用一种新的湍流脉动流场产生方法(DSRFG)生成入口湍流,采用分离涡方法对该建筑进行了单、双向流固耦合数值风洞模拟。将模拟结果与风洞试验结果进行对比,结果表明：结构的气弹特性与风洞吻合,分离涡方法在模拟非定常风场有较强的适用性和准确性。考虑了流固耦合的双向有限元模型与未考虑流同耦合的单向有限元模型,在流场和风致响应方面均有较大差异,流场方面,双向模型比单向模型有着更广泛的近尾流区域;响应方面,除阻力系数外,双向模型较单向模型响应有减小趋势,其中结构顺风向也更易受流固耦合效应影响。在较低的结构阻尼下,耦合效应产生的气动阻尼对结构响应影响较大,高层建筑流固耦合效应不可忽略。     

基于遗传算法的带内流低阻车身气动优化

通过建立18个参数的参数化模型,并开发了基于遗传算法的全局优化方法,展开带内流的车身气动优化,获得了气动阻力系数为0.261的低阻优化外形.比较最优车身的仿真和试验结果发现,气动阻力系数仅相差4%,表面压力系数和不同截面速度分布趋势相同、量值相差较小,表明所采用数值仿真方法是正确、可行的.利用本征正交分解对车身尾部截面流场进行能量分解发现,前9阶模态占总能量的54.5%;能量占比最高的1阶模态呈现出尾部拖曳涡的形态,并且拖曳涡的涡核位置不随时间变化而变化.建立了带内流的全局优化方法,获得了经试验验证的带内流低阻车身,为相关产品开发提供借鉴方法和外形参考.     

高速列车底部结构参数对气动阻力作用规律

高速列车的转向架区域是气动减阻研究的重点.通过样条曲线方法建立了高速列车底部结构的7参数化模型,采用计算流体力学及超拉丁立方抽样试验设计方法,研究了底部结构参数对高速列车气动阻力的影响规律.结果表明:底部结构参数对于三车总阻力、头、中、尾各节车气动阻力的影响分别为27%、37%、39%和22%,三车气动阻力对裙板高度、排障器厚度、舱前缘倒角最为敏感.但头、中、尾车影响规律不同于三车,有必要考虑对头、中、尾三车底部结构分别进行气动设计,以达到最优的减阻效果.底部结构参数主要影响列车底部平均流速改变底部结构所受气动阻力,进而影响高速列车气动阻力.